19世紀(jì)中葉，科學(xué)家和工程師們已經(jīng)清楚地研究出了不同形式的能量是如何相互關(guān)聯(lián)的，他們測量了產(chǎn)生不同種類的能量需要多少某種特定的能量。舉個例子，把30毫升的水加熱1攝氏度所需的能量，相當(dāng)于把12.5千克的重物提升1米的能量。

人們意識到的更深層次的一點(diǎn)是，盡管機(jī)械功和熱看起來很不一樣，但它們都是同一事物的兩個方面，那就是能量。這個想法被稱為熱力學(xué)第一定律。第一定律表示，能量不會被創(chuàng)造或毀滅，它只是從一種形式變?yōu)榱硪环N形式。

19世紀(jì)的科學(xué)家意識到，這意味著整個宇宙的總能量實(shí)際上是固定的，令人驚訝的是，一定數(shù)量的能量能變成多種不同的形式。比如在蒸汽機(jī)中，能量不是被創(chuàng)造出來的，它只是由熱能變成了機(jī)械功。

但最令人嘆為觀止的是，第一定律提出了一個大的問題：當(dāng)一種能量變成另一種能量時到底會發(fā)生什么？為什么它會這么做呢？

問題的答案是由德國科學(xué)家魯?shù)婪?克勞修斯發(fā)現(xiàn)的，它也構(gòu)成了熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)?？藙谛匏故且晃粊碜圆览醽喌牟湃A橫溢的德國物理學(xué)學(xué)生，在柏林學(xué)習(xí)，在很年輕時就成為了一名非常出色的教授，之后在瑞士蘇黎世新科技大學(xué)學(xué)習(xí)。19世紀(jì)50到60年代，克勞修斯提出了第一個完整的熱力學(xué)原理的數(shù)學(xué)分析。

克勞修斯意識到，不僅宇宙的能量是固定的，同時能量似乎遵循了一個非常嚴(yán)格的規(guī)則，比如說，熱能總會向一個特定的方向移動，他的這種見解實(shí)際上是科學(xué)界中最重要的思想之一。

就像克勞修斯所說的“熱不能從冷的物體傳遞到熱的物體”，這種想法完全是處于直覺。生活中我們都有這樣的經(jīng)歷，如果把一杯熱茶放在一邊，很快它就會涼下來，這意味著熱量會從熱的杯子傳遞到空氣中。

這種事實(shí)是顯而易見的，但觀點(diǎn)卻是至關(guān)重要的，熱量的流動是一個單向的過程，這似乎是宇宙運(yùn)轉(zhuǎn)的最基本原則。當(dāng)然物體也能變熱，但你需要做一些事情來讓它變熱，而且能量似乎總是傾向于從集中到分散。

克勞修斯把所有的關(guān)于能量轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)都用數(shù)學(xué)方法來進(jìn)行研究，可以概括成一個等式：Sf>Si，他引入了一個新的量，稱之為熵，用字母S代表，Sf和Si表示系統(tǒng)的最終和最初的熵。等式說的是，當(dāng)熱量從熱的物體傳遞到冷的物體時，熵總是會增加。熵似乎是熱量消散或擴(kuò)散的量度，當(dāng)熱的東西冷卻下來時，熵增加了。在克勞修斯看來，在所有孤立的系統(tǒng)中，這個過程是不可逆的。

克勞修斯對他的公式很有信心，他認(rèn)為這一不可逆過程也適用于宇宙，他推測，整個宇宙的熵值將達(dá)到最大值，而我們無法避免這一點(diǎn)，這個想法被成為熱力學(xué)第二定律，它比克勞修斯想象中的更奇怪，更美麗，更普適！

熱力學(xué)第二定律的深層意義是，所有釋放熱量的物質(zhì)在某種程度上都有聯(lián)系，所有釋放熱量的物質(zhì)都是不可逆過程的一部分，分散和傳播的過程，熵增加的過程。在某種程度上，宇宙的命運(yùn)似乎與一杯茶的命運(yùn)是一樣的！